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水库洪水调节计算的基本原理是水量平衡,即水库的入库流量过程线与经过水库调蓄后的出库流量过程线之间的关系。
根据水位~泄量关系,及确定的调洪原则,以某一水位(多个方案)为起调水位,对设计洪水分别进行调洪计,最终得出不同方案的洪水调节计算成果。
第一章入库洪水的还原计算
1.1入库洪水的概念
入库洪水一般指水库在建成之后,流入到水库附近的,特定区域内的洪水。
一般包括:
入库区间洪水和水库断面洪水。
入库断面洪水一般情况下指的是水库回水末端区域的干流和支流水文站或某计算断面以上的部分洪水,而入库区间洪水包括陆面洪水和库面洪水,陆面洪水通常指在入库断面之下至水库周边之上由区间陆面面积产生的洪水,而库面洪水通常指库面降雨直接转化成径流所产生的洪水。
1.2入库洪水还原计算
入库洪水的计算方法有很多种,在不同的情况下可以用不同的方式来推求,常用的方法有合成流量法、水量平衡法、马斯京根法、槽蓄曲线法和峰量关系法等等。
水量平衡法:
入库洪水的还原计算根据水库多年的蓄水量、实测水位和出库流量的过程,根据水量平衡的原理推求出入库洪水洪峰流量以及不同时段的洪水总量,在次洪水过程中,不同时段的洪量取固定时段后按滑动方法进行比较选取。
假如得出的成果精度不准确,我们可以分析洪峰流量和时段洪量间或者不同的时段洪量之间的相关性并可以根据《水利水电工程设计洪水计算规范》进行相插互补延长。
合成流量法:
又称同时流量叠加法,假如在水库周边汇入的支流比较多并且干支流在入库点的附近和坝址处都具有比较长的同步流量的观测系列,那么就可以将各入库点和坝址间的洪水过程线,错开传播时间叠加成入库洪水。
对区间洪水的计算应该视具体情况而定。
若区间面积不是很大并且洪水主要来自于上游的干支流那么可以将坝址和入库点洪水量改制件的差值作为区间洪量,按照入库洪水过程的分配作为区间洪水过程。
通常情况下,这种方法的误差不大。
但如果区间面积比较大并且区间暴雨洪水又比较大的时候,通常采用区间的雨量资料通过产流汇流计算来求出区间洪水过程。
马斯京根法:
这种方法对资料数量的要求不高,计算也比较简便易行。
适用于资料不能满足用合成流量法求得,并且汇入水库周边的支流比较少,坝址处有实测的洪水位流量资料且干支流的入库点有一些实测资料时我们可以根据坝址的洪水资料用流量反演法推算出入库洪水。
在用马斯京根法反演时,我们要将其公式进行变换按照相反的程序进行演算。
通过入库的还原计算得到洪峰流量和不同时段洪量的系列,见表1。
表11964~2002年洪峰流量、不同历时洪量资料系列单位:
洪峰:
m3/s;
洪量:
万m3
年份
Qm
W3
W6
W24
W72
1964
1190
1182
1930
3219
4108
1984
14
21
35
96
1965
55
34
46
65
90
1985
22
32
53
150
1966
208
158
226
288
408
1986
10.3
9.8
15
50
127
1967
63
57
106
225
263
1987
7.7
7.5
10.8
51
89
1968
117
163
178
1988
45
44
69
115
248
1969
37
36
60
126
167
1989
5
4.9
6.6
9.7
15.8
1970
113
116
182
282
353
1990
48
47
74
123
201
1971
349
284
438
723
1339
1991
10.2
10
52
75
1972
56
129
240
1992
33
54
1973
94
77
394
1993
18
27
1974
84
137
375
689
1994
16
24
1975
133
247
1995
87
393
1976
98
135
361
664
1996
43
61
217
646
1977
31
179
1997
183
236
397
796
1978
180
302
479
654
1998
58
29
49
107
200
1979
7.4
7.2
10.4
1999
136
95
187
286
1980
82
81
318
388
2000
6.5
6.4
9
23
1981
19
144
2001
6.2
8.8
13
1982
101
2002
12
42
76
1983
122
第二章设计洪水的分析计算
2.1设计洪水的概念及三要素
为了解决各种各样的防洪问题所提供作为设计规划依据的各种设计标准的洪水叫做设计洪水,它在本质上是指具有规定功能,一场特定的洪水。
它所具有的功能是以频率等于设计标准进行的洪水频率分析计算求出相应的设计洪水并据此规划设计出的工程,它防洪安全事故的风险率应该恰好等于指定的设计标准。
三要素:
设计洪峰流量、设计洪量、设计洪水过程线
2.2由实测的洪水资料推求设计洪水
2.2.1洪水资料的审查和分析
我们之所以进行洪水资料的审查和分析是因为洪水资料是进行频率计算的基本而且决定了计算成果是否精确,同时对资料进行审查和分析也是保证统计上对样本的独立同分布的要求,所以必须重视洪水资料的审查和分析工作。
分析内容包括了洪水资料的可靠性、一致性和代表性的审查。
1.对资料进行可靠性审查
在对实测洪水进行可靠性审查时应该注意对测验和整编进行检查。
检查的重点应该放到观测与整编质量相对较差的年份,尤其是战争年代或政治动乱的时期的观测记录。
对于历史洪水资料进行的可靠性审查,主要检查计算洪峰洪量的准确性和审查洪水发生年份的准确性。
审查方法应参照水文资料整编的方法和要求来进行,一般通过历年水位流量的关系曲线的对照检查,审查点距的离差情况和定线是否合理,从中发现问题,如果发现问题应该同原整编单位来作进一步的审查工作,必要时做出适当的修正。
2.对资料进行一致性审查
洪水资料一致性指,产生各年份洪水的流域,并且该流域的汇流和产流条件应该在调查观测期之中基本相同。
对洪水资料进行一致性审查主要是为了满足计算样本在统计中的“同分布”的前提。
如果洪水资料发生了一定的变化,为了减少人为的干扰或者保证抽样的随机性,让洪水资料能与历史资料组成一个,具有一致性的系列。
我们不仅需要将这些资料还原,而且需要还原到原先天然状态的基础之上。
举个例子:
比如上游兴建了一个比较大的水库,我们应该把建库后的资料通过水库调洪计算,来修正成还没有建库条件下的洪水。
3.对资料进行代表性审查
洪水资料的代表性通常指样本特征和总体特征接近的程度。
如果洪水资料的频率分布能大概的反映出洪水总体分布的时候,我们便可以认为这个洪水资料是具有代表性的,否则便认为缺乏代表性。
在我们的实际工作中,不仅要有连续的实测洪水年数并且一般不少于20至30年,并且需要加入特大洪水。
如果实测的资料缺乏了代表性,我们应该用插补延长和补充历史特大洪水的方法,来满足代表性的要求。
通常情况下插补延长主要采用相关分析法。
2.2.2特大洪水
特大洪水分为资料内特大洪水和资料外特大洪水,假如特大洪水发生在实测流量期内,我们便称为资料内特大洪水;
若发生在实测流量期之外,我们便称之为资料外特大洪水。
特大洪水通常情况下指的是一场要比在实测系列或调查到的历史洪水大的多很多的稀遇洪水。
在过去的历史中,只有特大洪水才会有文献的记载或者洪水痕迹供我们查证,其他的一般洪水是不会有文字记载的且不会留下洪水的痕迹供我们查证。
我们之所以要考虑特大洪水是因为,我们目前所掌握的洪水资料样本系列不长,系列越短,误差便会越大,假如我们用于推求千年一遇或者万年一遇的稀遇洪水,我们的依据就会很欠缺。
假如我们能够调查到N年(N远大于n)中的特大洪水,就是相当于我们把n年的资料延伸到了N年,有利于我们计算的准确性,并且能够提高系列的代表性。
但是需要注意的是,如果特大洪水的年份越久远,由于一些原因,比如河流演变等,推求洪峰洪量时就有可能存在比较大的误差,所以我们必须尽量的从多方面去考察和论证。
在考虑特大洪水时,进行经验频率的计算一般都分别单独计算一般洪水的经验频率和特大洪水的经验频率。
目前我国有两种计算特大洪水的主要方法:
独立样本法和统一样本法。
2.2.3长系列洪峰洪量资料进行频率计算
计算方法:
经验频率计算公式采用公式
Pm=
(2-1)
式中:
n——连续系列的项数;
m——系列变量序位;
Pm——第m项的经验频率。
表2-11964-2002年洪峰流量
序号
1
2
3
4
6
7
8
11
数值
频率
0.025
0.05
0.075
0.1
0.125
0.15
0.175
0.2
0.225
0.25
0.275
0.3
0.325
17
20
25
26
0.35
0.375
0.4
0.425
0.45
0.475
0.5
0.525
0.55
0.6
0.625
0.65
28
30
38
39
0.675
0.7
0.725
0.75
0.775
0.8
0.825
0.85
0.875
0.9
0.925
0.95
0.975
对于上述数据进行适线计算。
计算公式:
(2-2)
表2-2理论累积频率曲线计算表(设计洪峰,Cs/Cv=2.5)
0.01
99
Φp
16.28
10.22
4.70
1..55
0.55
-0.09
-0.32
Kp
42.51
27.06
12.99
4.95
2.40
0.77
0.18
Qp
6398.36
4072.68
1954.24
745.35
361.58
115.96
27.69
26.54
6.3
16.45
10.30
1.53
0.53
-0.10
42.95
27.27
4.90
2.35
0.75
0.20
0.19
6463.60
4103.38
737.68
353.90
112.12
29.61
28.84
16.61
10.38
4.71
1.51
0.51
-0.11
-0.31
43.36
27.47
13.01
4.85
2.30
0.72
0.21
图2-31964-2002洪峰流量适线图
表2-4频率计算成果表单位:
项目
均值
150.5
81.21
128.61
238.22
372.99
计算Cv
1.79
2.01
2.06
1.76
1.57
适线Cv
2.55
3.74
3.78
3.86
3.4
CS/CV
2.5
0.05%
6512.68
4573.78
7355.99
19934.5
20028.01
0.10%
4126.01
3795.44
6098.54
11622.47
12374.02
1%
1957.87
1478.74
2360.38
4439.12
5519.78
2%
1385.29
917.33
1457.34
2714.82
3755.02
5%
729.55
349.78
548.92
997.51
1802.87
20%
111.72
22.57
34.93
61.99
199.36
2.2.4典型洪水的选取
典型洪水过程线的选取原则:
第一主要选择峰高量大并且接近设计条件下的稀遇洪水;
第二要选有代表性的;
第三应该充分考虑水库的安全,选取对过程不利的原则来选取典型洪水过程线。
影响典型洪水过程线的因素有:
(1)洪水形成的规律和气候条件;
(2)洪水过程,比如洪水出现的季节、时间、洪水上涨的历时、峰的位置、峰型、洪水集中的程度等等。
表3典型洪水过程线单位:
m3/s Δt=1h
时段
流量(m3/s)
86
374
73
343
373
323
40
252
41
59
168
62
85
64
210
66
331
588
103
67
1107
68
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